邹磊
中山市华发房地产开发有限公司
【摘 要】本文以工程项目为例，着重阐述超高层建筑的基础选型、结构方案、理论分析包含弹性时程分析和弹塑性静力分析（Pushover）等问题。探讨了在中风化岩层区的基础形式、核心筒收进造成的结构刚度突变采取的措施等。为这一类建筑的结构设计提供参考。
【关键词】中风化岩基础；超高层；弹性时程分析；弹塑性静力分析
前言
随着建筑业的不断发展，超高层建筑在城市中越来越广泛。随着超高层建筑数量快速的膨胀，很多年轻的设计人员在超高层结构设计方面缺乏经验，就加入到超高层的设计中去，造成了建筑的粗犷型设计从而造成了不必要的浪费。针对目前建筑行业的情况，结合相关实际工程情况，对某超高层建筑结构设计作较为全面的论述，并针对超高层建筑结构设计中出现的问题进行分析探讨。
1.工程概况
本项目位于中山市石岐区核心地段，总建筑面积为 194367.75㎡，本工程地下为三层大底盘地下室，地下三层为下车库部分、地下设备用房，设计人防地下车库面积为 12285 m2，人防类别为甲类，防护等级为核6级常6级，核5级常5级；地上由由6层的商业及4栋超高层塔楼组成。基本风压为0.35kN/ m2，地面粗糙度为C类，建筑类别：商业裙房区段乙类，部住宅区丙类，抗震烈度6度，设计地震分组为第一组，特征周期值0.35s，设计基本地震加速度0.1g。建筑场地类别II类。
本工程1号塔楼高度131米，为B级高度建筑，根据《广东省高层建筑混凝土结构技术规程》及《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》，属超限高层建筑，超限基本情况如表一：
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2.基础设计
根据《岩土工程勘察报告》资料显示，本工程场地中风化岩层埋深由西向东逐渐加深，西侧中风化岩层标高高于地下室底板标高，东侧则低于底板标高约 10 米。据此，本工程基础采用天然地基基础及人工挖孔灌注桩基础，西侧中风化埋藏较浅部位采用天然地基基础，东侧埋藏较深部分采用人工挖孔灌注桩基础。所有基础均以中风化花岗岩层为持力层，对天然地基基础，fak=4000kPa；对人工挖孔灌注桩基础，取 frp=15MPa，换算的桩端阻力特征值为 qpa=C1frp=0.40*15000=6000kPa。各种直径的灌注桩承载力如下表：
表1基桩承载力取值表
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3结构体系的选择
本项目1号塔楼高度131米，根据国内大量超高层的经验，并且通过大量的经济对比，本工程采用框架-核心筒结构体系。柱采用矩形混凝土柱，所有楼盖均采用钢筋混凝土楼盖形式。
4结构计算及分析
4.1计算模型和分析程序
由于本工程为超限高层结构，按照规范应采用两个符合结构实际受力情况的不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力分析计算，以保证力学分析的可靠性，同时采用弹性时程分析法进行多遇地震补充计算。本工程选用PKPM系列的SATWE和GSSAP程序进行整体内力计算，多遇地震作用下结构弹性时程分析采用YJK程序。
4.2弹性静力整体计算结果
表2电算结果1
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根据表2-3结果表明，两种程序分析得出的结构反应特征、变化规律基本吻合，说明两软件能正确反应结构内力和变形情况，各项指标满足规范要求。
4.3弹性时程分析结果
本工程选取1条人工波编号为GM1和2条天然波编号为GM2和编号为GM3。主方向加速度峰值35.0cm/s2。按7度(0.10g)地震II类场地多遇地震进行弹性动力时程分析。时程分析结果见图2。
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图2楼层剪力曲线图
由图2曲线图可看出：
A.从时程分析主要结果与反应谱分析主要结果对比来看，二者基本一致；结构的中下部由CQC计算结果控制，上部部分楼层由弹性时程计算结果包络值控制；承载力设计时可取多条时程曲线与振型分解反应谱法计算结果的包络值。
B.根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）第4.3.5条,每条时程曲线计算所得的结构基底剪力均大于振型分解反应谱法的65%，且不大于振型分解反应谱法的135%；多条时程曲线计算所得的结构基底剪力的平均值大于振型分解反应谱法的80%，且不大于振型分解反应谱法的120%，地震波的选择满足规范要求。
4.4弹塑性静力分析（Pushover）结果
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0°方向性能点出铰情况 90°方向性能点出铰情况180°方向性能点出铰情况270°方向性能点出铰情况
从图中可以看出结构的构件的破坏主要集中在连梁及框架梁等水平构件，破坏程度集中表现为中度损坏，部分为严重破坏。大部分剪力墙出现一些高斯点破坏，但高斯点之间并未贯穿，表明剪力墙未达到破坏阶段，极小部分墙破坏，在罕遇地震作用下不发生剪切破坏。底部加强区电梯间、楼梯间处，以及周边有部分剪力墙达到用户指定的破坏程度（破坏处详图中红色标记剪力墙）。分析结果表明，结构具有较大的承载力及较好的延性，个别剪力墙达到破坏的程度，但是通过合理的加强措施能够满足抗震性能水准3的要求。
4.5结构设计与实施措施
本工程为B级高度、高位转换（包括竖向构件不连续）及扭转Ⅱ类不规则的高层建筑。
针对以上超限情况及设计中的关键技术问题，采取了如下计算手段施：
(1)用两个不同力学模型的空间分析程序SATWE和YJK进行计算，施工图设计时，核心筒剪力墙、框架柱取两个程序计算得到的不利结果进行结构构件的设计，其余梁板配筋按SATWE模型计算结果进行设计。
(2)计算时考虑双向水平地震作用的耦连效应，以及偶然偏心的影响。
(3)考虑楼板弹性变形的影响，将整个楼面都考虑为弹性板（采用弹性膜假定），以准确求得开洞，凹口或局部突出部位的楼板应力。
(4)按规范要求，选用两组天然波和一组人工波，对结构作弹性时程分析，并与反应谱分析结果相比较，取包络值进行设计。
(6)中震采用了SATWE进行中震验算。
4.6计算分析结果:
(1)计算结果表明在多遇地震作用下，所有构件均处于弹性状态。
(2)在设防烈度地震作用下，底部加强区核心筒剪力墙没有出现拉力，结构不会出现受拉破坏；底部加强区核心筒剪力墙水平分布筋按构造可满足中震弹性要求；框支柱承载力满足中震要求，且有较大富余。连梁剪压比符合规范要求，部分接近规范限值，配筋时应保证强剪弱弯。
(3)弹塑性静力分析结果表明结构具有较好的抗侧刚度及承载力；结构整体及构件性能基本满足地震作用下的承载力和刚度需求。
5结论
（1）超高层项目基础设计非常重要，应根据结构和地基的特点对基础进行细致合理的设计。（2）超高层项目的结构设计，我们应在设计中充分利用概念设计方法，对关键构件设定抗震性能化目标，并采用多种程序对结构进行了弹性、弹塑性计算分析。除保证结构在小震下完全处于弹性工作外，还补充了关键构件在中震和大震下的验算。
参考文献：
（1）高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2010)
（2）广东省高层建筑混凝土结构技术规程 (DBJ15-92-2013)
（3）建筑设计防火规范 (GB50016-2014)
（4）砌体结构设计规范 (GB50003-2011)
（5）广东省超限工程建筑抗震设防专项审查实施细则（粤建市[2016]20 号）及 2016 年 4 月《会议纪要》
（6）建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）
（7）建筑结构荷载规范 (DBJ15-101-2014)
（8）建筑抗震设计规范 (GB50011－2010)2016 年版